7 Варіанти завдань розрахункових робіт

7.1 Розрахунок та вибір вертикального газосепаратора-водовіддільника

Завдання 1 Визначити діаметр та висоту комбінованого газосепаратора водовіддільника, у який з десорбера після конденсації й охолодження надходять сирий газовий бензин g_б, кг/с, газ, що не сконденсувався, g_г, кг/с, та вода g_в, кг/с. Частина бензину у кількості g_=0,45g_б, кг/с, як зрошення повертається на верх ректифікаційної секції десорбера.

Тиск у сепараторі р=305 кПа. температура t=35 ⁰С. Середня молекулярна маса газу М_г=40. При t=35 ⁰С густина бензину _б=650 кг/м³, води — _в=994 кг/м³.

Таблиця — Варіанти завдання 1

Варіант	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
gб, кг/с	1,700	1,850	2,000	2,150	2,300	2,450	2,600	2,750	2,900	3,050
gг, кг/с	0,531	0,578	0,625	0,672	0,719	0,766	0,813	0,860	0,907	0,953
gв, кг/с	0,639	0,695	0,751	0,835	0,864	0,920	0,977	1,033	1,089	1,146

Методика розв’язання завдання 1

7.1.1 Визначення діаметра корпусу апарата.

Об'ємні витрати рідкої суміші V_см, м³/с, і газу V_г, м³/с, в умовах сепаратора

,

.

Розшарування суміші бензину та води у стані спокою починається відразу, але практично повне розділення відбувається впродовж 15-20 хвилин.

При розрахунку безперервно діючих вертикальних відстійників для розділення системи бензин-вода найчастіше беруть середню швидкість потоку w₁ в зоні відстоювання, розраховуючи за витратою суміші, яка дорівнює 0,002-0,005 м/с, а час перебування ₁ суміші в цій зоні складе 15-30 хвилин [7].

Потрібний вільний перетин зони відстоювання рідкої суміші S₁, м², який визначається за формулою

S₁=V_см/w₁.

З іншого боку, вільний перетин S₁, м², зони відстоювання в найбільш вузькому місці відповідає різниці повного поперечного перерізу корпусу сепаратора S=R² та площі S₂ сегмента, утвореного вертикальною перегородкою

S₁=S-S₂=R²-S₂,

де R - радіус корпусу сепаратора, м.

Вертикальна перегородка забезпечує плавний вхід рідкої суміші в зону розділення. Площа сегмента S₂=0,61418R².

Тоді S₁=S-S₂=(-0,61418)R².

Діаметр корпусу сепаратора D, м, при розрахунку його на процес розділення суміші бензину та води

.

Розглядається комбінований газосепаратор-водовіддільник, тому необхідно перевірити перетин апарата й за газовою фазою. Для запобігання винесення крапельок бензину припустима швидкість w₂, м/с, газового потоку в сепараторі, наприклад, за формулою Обрядчикова та Хохрякова [7]:

,

де _ж і _г - густина рідини (бензину) і газу відповідно, кг/м³.

Густина газу _г, кг/м³, в умовах сепаратора

_г=g_г/V_г.

Необхідне значення діаметра корпусу сепаратора D’, м, при розрахунку за газовим потоком

.

Для того щоб запобігти винесенню крапельок бензину газовим потоком і в той самий час забезпечити розділення суміші бензину та води, обирається більше з двох обчислених значень (D, м, та D', м) та округлюється до найближчого за стандартом.

7.1.2 Визначення висоти апарата

Спочатку визначається необхідна висота зони відстоювання суміші Н_см, м. Для цього задають відстань h₁, м, від нижнього зрізу вертикальної перегородки до рівня чистої води («водяної подушки»). Можна h₁ взяти таким, що дорівнює 0,7H_см.

Повний перетин корпуса S, м², при стандартному значенні D, м, становить

S=D²/4, м².

При цьому вільний перетин S₁, м², зони відстоювання в найбільш вузькому місці

S₁=S-0,16418R², м².

При прийнятому розрахунковому часі відстоювання суміші води та бензину (₁, с) для цієї зони характерне співвідношення

0,7Н_смS+0,3Н_смS₁=₁V_см,

звідки , м.

Висота шару чистої води Н_в, м, (так звана «водяна подушка») має велике значення для запобігання винесенню крапель бензину з потоком води, що випускається.

Випускання води з апарата незалежно від того, працює він під підвищеним чи атмосферним тиском, варто робити за допомогою автоматичного регулятора рівня води. У цьому випадку достатньо мати висоту шару «водяної подушки» Н_в=0,5-0,6 м [7]. У водовіддільниках атмосферних нафтоперегінних установок іноді спуск води здійснюється без автоматичного регулятора за допомогою спеціального водоспускного коліна. Однак невеликі коливання тиску в апараті (0,7-1,4 кПа) можуть викликати різке зниження рівня «водяної подушки» та винесення бензину з водою, що відходить. Тому за відсутності автоматичного регулятора висота шару чистої води повинна бути не менше Н_в≥1 м [7].

Для запобігання можливості потрапляння водяних крапель разом із зрошенням у ректифікаційну частину десорбера в сепараторі необхідно мати шар чистого бензину Н_б≥0,5 м [7]. З іншого боку, варто мати на увазі, що вода може потрапити до зрошення при піднятті рівня води за рахунок виходу з ладу клапана, що регулює стікання води. Тому висота Н_б, м, шару чистого бензину повинна гарантувати відсутність води в потоці зрошення протягом деякого часу ₂, с, достатнього для виявлення несправності клапана та вживання необхідних заходів. Таким чином, умовою для вибору Н_б, м, є вираз

,

де Н_б – висота шару бензину, м; ₂ – час для виявлення несправності клапана та вживання необхідних заходів (достатньо ₂=20-40 хвилин [7]), с.

Для задоволення можливості регулювати кількість зрошення, що подається в ректифікаційну частину десорбера, висоту h₃, м, між штуцером бензинового зрошення та штуцером, що відводить бензин у приймальну ємність, обчислюють, виходячи, наприклад, з десятихвилинної кількості зрошення (₃=10 хвилин) [7]:

,

де ₃ – час зрошення, с.

Висоту h₄, м, шару бензину над штуцером для забезпечення роботи регулятора рівня бензину в апараті можна взяти такою, що дорівнює 0,5 м [7].

Штуцер, через який надходить вихідна суміш, для кращого відділення від рідкої фази газів, що не сконденсувалися, доцільно встановити трохи вище рівня рідини в апараті (h₅=0,4 м [7]).

Для того щоб уникнути перекидання рідини через вертикальну перегородку, верхній зріз її повинен бути трохи вище штуцера, через який надходить вихідна суміш (h₆=0,6 м [7]).

Висота h₇, м, вільного простору під відбійником для нормальної роботи сепаратора повинна бути не менше 0,5 м [7].

Однак при тимчасовому виході з ладу регулювальних клапанів на лініях, що відводять рідкі потоки, незважаючи на підйом рівня рідини, апарат повинен забезпечити нормальну роботу протягом деякого часу, тобто при цьому під відбійником повинний залишатися простір висотою не менше 0,5 м [7].

Таким чином, на підставі раніше прийнятого гарантійного часу ₂, с, роботи апарата при виході з ладу регулювального клапана необхідно дотриматися умови

.

Використовуючи останнє співвідношення, знаходиться мінімально необхідне значення для h₇, м:

.

Висота відбійника h₈, м, залежить від його конструкції. Іноді як відбійник використовується одна або дві ректифікаційні тарілки. У випадку двох тарілок висота відбійної зони буде дорівнювати відстані між тарілками, тобто h₈0,6 м [7]. Це саме значення h₈, м, можна взяти також для інших конструкцій відбійника.

Висота вільного об'єму циліндричної частини апарата над відбійником h₉0,5 м [7].

Висота h₂, м, розміщення штуцера для відведення води залежить від конструкції нижньої частини сепаратора (h₂0,3 м [7]).

Загальна висота H, м, циліндричної частини апарата

.

7.1.3 Визначення габаритних розмірів апарата (ескіз та висновки).